portanza

Lessico

sf. [sec. XIV; dall'ant. francese portance, da porter, portare]. Forza aerodinamica, agente perpendicolarmente alla velocità asintotica del vento relativo, che consente la sostentazione degli aeromobili più pesanti dell'aria.

Fisica: generalità

La giustificazione teorica della portanza, dopo che d'Alembert, nel suo famoso paradosso, aveva indicato come gli schemi della meccanica dei fluidi del sec. XVIII ne escludessero la possibilità, venne formulata solo nella seconda metà del sec. XIX, a opera del tedesco Magnus, e successivamente da Kutta e da Žukovskij. Questi giunsero a definire il teorema che porta il loro nome, che lega la portanza P di un elemento di apertura unitaria, investito con velocità V da un fluido di densità ρ alla circuitazione Γ dell'elemento in esame, secondo la relazioneP=ρΓV. Nella formulazione corrente la portanza di un'ala o di un velivolo viene fornita dal prodotto della superficie portante S dello stesso per la pressione dinamica 1/2 ρV² del vento relativo e per il coefficiente di portanza C_p secondo la relazione

La genesi della portanza viene giustificata secondo diversi schemi, che in regime subsonico sono legati alle variazioni di quantità di moto della portata d'aria interessata della superficie portante, che risulta teoricamente pari a quella che passa, con velocità V, in un cilindro circolare di diametro pari all'apertura dell'ala. L'azione deviatrice dell'ala è legata allo stabilirsi di uno strato di vortici aderenti al contorno dell'ala stessa che determina un aumento (rispetto al valore asintotico) della velocità della corrente che lambisce il dorso dell'ala, e una diminuzione invece di quella che ne lambisce il ventre, portando così allo stabilirsi, secondo il teorema di Bernouilli, di un regime di sottopressioni sul dorso dell'ala e di sovrapressioni sotto il suo ventre, giustificando così la definizione che dice essere l'ala “succhiata in su” sul dorso e “spinta in su” nel ventre. La teoria espressa dal teorema di Kutta-Žukovskij, valida nel caso bidimensionale, venne notevolmente sviluppata, nel primo decennio del sec. XX, dal tedesco Prandtl, che giunse a una formulazione valida nel ben più complesso caso tridimensionale delle ali di apertura finita (teoria della linea portante), in cui si tiene conto degli effetti che la portanza di una sezione dell'ala ha sulle condizioni di flusso che si stabiliscono in tutte le altre sezioni, oltre che in se stessa, e in cui si constata che i vortici che determinano la portanza alare si richiudono a staffa alle estremità alari. Ulteriori progressi portarono alla teoria della superficie portante, in cui viene considerata la distribuzione della portanza sulla superficie alare, e non solo lungo la sua apertura. In regime supersonico la genesi della portanza è legata allo stabilirsi di sottopressioni sul dorso dell'ala, e di sovrapressioni sul suo ventre, in seguito ai fenomeni di espansione e di compressione che si manifestano attraverso i sistemi di onde d'urto e di espansione che si stabiliscono nei suoi bordi d'attacco e d'uscita. I problemi più complessi sono quelli che si manifestano ai regimi transonici, in cui su parte dell'ala sussistono condizioni di flusso subsonico, in altre sonico e in altre ancora supersonico, e quelli tipici delle massime incidenze, alle quali le variazioni di pressione che si stabiliscono su alcune zone dell'ala e le perdite di energia della corrente fluida dovute alla resistenza d'attrito e di pressione dell'ala stessa provocano inversione e separazione di flusso che portano allo stallo. Questo fenomeno, che caratterizza il superamento delle condizioni per cui un profilo o un'ala raggiungono il massimo valore del coefficiente di portanza, può verificarsi più o meno bruscamente e a incidenze più o meno elevate secondo i profili dell'ala e della sua forma in pianta, e caratterizza il manifestarsi di condizioni di flusso separato, cioè del fatto che la corrente fluida non segue più il dorso dell'ala, distaccandosene invece con l'insorgere di violenti fenomeni vorticosi. § Coefficiente di C_p è il rapporto tra la componente secondo l'asse z della terna degli assi vento della risultante aerodinamica, che si determina su un corpo investito da una corrente fluida, e il prodotto di una superficie di riferimento (in genere la superficie in pianta del corpo) con la pressione dinamica della corrente fluida che investe il corpo stesso.